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分析Redis中bitmap的用法(範例場景解說)

藏色散人
藏色散人轉載
2021-07-17 16:02:472370瀏覽

在Redis中我們常用到set,get等指令,細心的你有沒有發現,還有幾個相似的指令叫setbit,getbit,它們是用來幹嘛的?

BitMap是什麼

就是透過一個bit位元來表示某個元素對應的值或狀態,其中的key就是對應元素本身。我們知道8個bit可以組成一個Byte,所以bitmap本身會極大的節省儲存空間。

Redis中的BitMap

Redis從2.2.0版本開始新增了setbit,getbit,bitcount等幾個bitmap相關指令。雖然是新指令,但是並沒有新增新的資料類型,因為setbit等指令只不過是在set上的擴充。

setbit指令介紹

指令 SETBIT key offset value  
複雜度 O(1)  
設定或清空key的value(字串)在offset處的bit值(只能0或1)。

空間佔用、以及第一次分配空間所需的時間

在一台2010MacBook Pro上,offset為2^32-1(分配512MB)需要~ 300ms,offset為2^30-1(分配128MB)需要~80ms,offset為2^28-1(分配32MB)需要~30ms,offset為2^26-1(分配8MB)需要8ms。 <來自官方文件>  
大概的空間佔用計算公式是:($offset/8/1024/1024)MB

##使用場景一:用戶簽到

很多網站都提供了簽到功能(這裡不考慮資料落地事宜),並且需要展示最近一個月的簽到情況,如果使用bitmap我們怎麼做?一言不合亮代碼!

<?php
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1');

//用户uid
$uid = 1;

//记录有uid的key
$cacheKey = sprintf("sign_%d", $uid);

//开始有签到功能的日期
$startDate = '2017-01-01';

//今天的日期
$todayDate = '2017-01-21';

//计算offset
$startTime = strtotime($startDate);
$todayTime = strtotime($todayDate);
$offset = floor(($todayTime - $startTime) / 86400);

echo "今天是第{$offset}天" . PHP_EOL;

//签到
//一年一个用户会占用多少空间呢?大约365/8=45.625个字节,好小,有木有被惊呆?
$redis->setBit($cacheKey, $offset, 1);

//查询签到情况
$bitStatus = $redis->getBit($cacheKey, $offset);
echo 1 == $bitStatus ? '今天已经签到啦' : '还没有签到呢';
echo PHP_EOL;

//计算总签到次数
echo $redis->bitCount($cacheKey) . PHP_EOL;

/**
* 计算某段时间内的签到次数
* 很不幸啊,bitCount虽然提供了start和end参数,但是这个说的是字符串的位置,而不是对应"位"的位置
* 幸运的是我们可以通过get命令将value取出来,自己解析。并且这个value不会太大,上面计算过一年一个用户只需要45个字节
* 给我们的网站定一个小目标,运行30年,那么一共需要1.31KB(就问你屌不屌?)
*/
//这是个错误的计算方式
echo $redis->bitCount($cacheKey, 0, 20) . PHP_EOL;

使用場景二:統計活躍用戶

使用時間作為cacheKey,然後用戶ID為offset,如果當天活躍過就設定為1  

那麼我如果計算某幾天/月/年的活躍用戶呢(暫且約定,統計時間內只有有一天在線就稱為活躍),有請下一個redis的命令 
命令 BITOP operation destkey key [key .. .]  
說明:對一個或多個保存二進位位元的字串key 進行位元操作,並將結果儲存到destkey 上。
說明:BITOP 指令支援AND 、 OR 、 NOT 、 XOR 這四種操作中的任一參數

//日期对应的活跃用户
$data = array(
'2017-01-10' => array(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10),
'2017-01-11' => array(1,2,3,4,5,6,7,8),
'2017-01-12' => array(1,2,3,4,5,6),
'2017-01-13' => array(1,2,3,4),
'2017-01-14' => array(1,2)
);

//批量设置活跃状态
foreach($data as $date=>$uids) {
  $cacheKey = sprintf("stat_%s", $date);
  foreach($uids as $uid) {
    $redis->setBit($cacheKey, $uid, 1);
  }
}

$redis->bitOp('AND', 'stat', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11', 'stat_2017-01-12') . PHP_EOL;
//总活跃用户:6
echo "总活跃用户:" . $redis->bitCount('stat') . PHP_EOL;

$redis->bitOp('AND', 'stat1', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11', 'stat_2017-01-14') . PHP_EOL;
//总活跃用户:2
echo "总活跃用户:" . $redis->bitCount('stat1') . PHP_EOL;

$redis->bitOp('AND', 'stat2', 'stat_2017-01-10', 'stat_2017-01-11') . PHP_EOL;
//总活跃用户:8
echo "总活跃用户:" . $redis->bitCount('stat2') . PHP_EOL;
假設目前網站有5000W用戶,那麼一天的資料大約是50000000/8/1024 /1024=6MB

使用場景三:使用者線上狀態

前段時間開發一個項目,對方給我提供了一個查詢目前使用者是否在線的介面。不了解對方是怎麼做的,自己考慮了一下,使用bitmap是一個節約空間效率又高的一種方法,只需要一個key,然後用戶ID為offset,如果在線就設置為1,不在線就設置為0,和上面的場景一樣,5000W用戶只需要6MB的空間。

//批量设置在线状态
$uids = range(1, 500000);
foreach($uids as $uid) {
  $redis->setBit('online', $uid, $uid % 2);
}
//一个一个获取状态
$uids = range(1, 500000);
$startTime = microtime(true);
foreach($uids as $uid) {
  echo $redis->getBit('online', $uid) . PHP_EOL;
}
$endTime = microtime(true);
//在我的电脑上,获取50W个用户的状态需要25秒
echo "total:" . ($endTime - $startTime) . "s";

/**
* 对于批量的获取,上面是一种效率低的办法,实际可以通过get获取到value,然后自己计算
* 具体计算方法改天再写吧,之前写的代码找不见了。。。
*/
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